JP6520897B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の筒内噴射弁（direct fuel injector）の噴孔部に形成されるデポジットを除去するための技術に関する。

燃焼室内に燃料を直接噴射するための筒内噴射弁を備えた内燃機関が知られている。筒内噴射弁の先端の噴孔部は、燃焼室内の燃焼ガスに曝される。そのため、噴孔部に残留した燃料に由来するデポジットが、噴孔部に堆積していく。デポジットは、噴孔を通る燃料の流量低下や噴霧形状の変化を招き、それらはエミッション特性を悪化させる。よって、噴孔部に形成されるデポジットを除去することは重要である。デポジットの除去に関連する技術として、次のものが知られている。

特許文献１（特開２０１２−６２８５８号公報）は、加熱装置を備えた筒内噴射弁を開示している。エンジン停止中、加熱装置を用いることにより、筒内噴射弁の噴孔部が１６０〜２４０℃の温度になるまで加熱される。この加熱によって、噴孔部に堆積したデポジットが炭化する。炭化したデポジットにおいては、内部応力が増大し、亀裂が形成されやすくなる。亀裂が形成されると、デポジットの密着力が低下する。よって、エンジン始動後、筒内噴射弁から燃料を噴射したとき、デポジットが剥離しやすくなる。

特許文献２（特開２０１０−２４９２７号公報）は、筒内噴射弁とポート噴射弁の両方を備える内燃機関を開示している。デポジットを除去するために、筒内噴射弁からの燃料噴射量を増加させ、ポート噴射弁からの燃料噴射量を減少させる制御が実施される。

特許文献３（特開２０１３−１０８４０１号公報）は、筒内噴射弁とポート噴射弁の両方を備える内燃機関を開示している。デポジットを除去するために、筒内噴射弁からの燃料噴射の頻度を高める制御が実施される。

特開２０１２−６２８５８号公報 特開２０１０−２４９２７号公報 特開２０１３−１０８４０１号公報

本願発明者は、デポジットの種類には、熱硬化性デポジットだけでなく熱可塑性デポジットもあることに着目した。特許文献１に開示されている方法は、熱硬化性デポジットを除去するための方法である。特許文献２及び特許文献３においても、熱可塑性デポジットは認識されていない。熱可塑性デポジットの特性は熱硬化性デポジットの特性とは異なるため、熱可塑性デポジットに適した除去方法を開発することが望まれる。

本発明の１つの目的は、内燃機関の筒内噴射弁の噴孔部に形成される熱可塑性デポジットを除去するための技術を提供することにある。

第１の発明は、内燃機関を提供する。
内燃機関は、
燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と、
制御装置と
を備える。
制御装置は、
内燃機関の運転状態に基づいて、筒内噴射弁の噴孔部に熱可塑性デポジットが形成されたことを推定する推定処理と、
熱可塑性デポジットが形成されたと推定された場合に噴孔部の温度を上昇させる温度制御処理と、
温度制御処理の後、筒内噴射弁から燃料を噴射する第１除去処理と
を行う。

第２の発明は、第１の発明において、次の特徴を有する。
内燃機関の通常運転時、制御装置は、通常燃料噴射制御を行うことにより筒内噴射弁からの燃料噴射を制御する。
第１除去処理において、制御装置は、通常燃料噴射制御を行う。

第３の発明は、第１の発明において、次の特徴を有する。
内燃機関は、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射弁を更に備える。
温度制御処理において、制御装置は、筒内噴射弁からの燃料噴射量を減少させ、ポート噴射弁からの燃料噴射量を増加させる。

第４の発明は、第３の発明において、次の特徴を有する。
内燃機関の通常運転時、制御装置は、通常燃料噴射制御を行うことにより筒内噴射弁及びポート噴射弁からの燃料噴射を制御する。
温度制御処理において、制御装置は、筒内噴射弁からの燃料噴射量を、通常燃料噴射制御に従った値よりも減らす。
第１除去処理において、制御装置は、通常燃料噴射制御を行う。

第５の発明は、第１の発明において、次の特徴を有する。
内燃機関は、噴孔部を加熱するように配置されたヒータを更に備える。
温度制御処理において、制御装置は、ヒータを作動させる。

第６の発明は、第５の発明において、次の特徴を有する。
内燃機関の通常運転時、制御装置は、通常燃料噴射制御を行うことにより筒内噴射弁からの燃料噴射を制御する。
温度制御処理及び第１除去処理において、制御装置は、通常燃料噴射制御を行う。

第７の発明は、第１から第６の発明のいずれかにおいて、次の特徴を有する。
推定処理は、
噴孔部の温度が熱可塑性デポジットの生成温度の上限を反映した閾値以下である低温状態を検出する処理と、
低温状態が一定レベル以上発生した場合、噴孔部に熱可塑性デポジットが形成されたと推定する処理と
を含む。

第８の発明は、第１から第６の発明のいずれかにおいて、次の特徴を有する。
内燃機関の通常運転時、制御装置は、通常燃料噴射制御を行うことにより筒内噴射弁からの燃料噴射を制御する。
通常燃料噴射制御は、目標空燃比と実空燃比との偏差に基づいて燃料噴射量を補正するフィードバック制御を含む。
推定処理は、フィードバック制御における燃料噴射量の補正量が許容値を超えた場合、噴孔部に熱可塑性デポジットが形成されたと推定する処理を含む。

第９の発明は、第１から第７の発明のいずれかにおいて、次の特徴を有する。
制御装置は、更に、第１除去処理によって熱可塑性デポジットが除去されなかったと判定された場合に第２除去処理を行う。
第２除去処理において、制御装置は、筒内噴射弁の燃料噴射圧を、第１除去処理のときよりも増加させる。

第１の発明によれば、熱可塑性デポジットの特性を考慮した効果的なデポジット除去が実現される。具体的には、熱可塑性デポジットは、温度上昇によって軟化するという特性を有する。筒内噴射弁の噴孔部に熱可塑性デポジットが形成されたと推定した場合、制御装置は、噴孔部の温度を上昇させる温度制御処理を行う。噴孔部の温度が上昇することにより、熱可塑性デポジットは軟化し、その付着力は小さくなる。従って、筒内噴射弁から燃料を噴射することにより、軟らかくなった熱可塑性デポジットを容易に吹き飛ばすことができる。このとき、燃料噴射圧をいたずらに上げる必要はない。熱可塑性デポジットは燃料噴射圧が低い軽負荷運転時に形成されやすいが、そのような状況でも、熱可塑性デポジットを十分に吹き飛ばすことが可能である。

第２の発明によれば、熱可塑性デポジットを除去する第１除去処理において、通常燃料噴射制御が行われる。通常燃料噴射制御を逸脱して燃料噴射圧を強制的に上げる必要はない。

第３の発明によれば、温度制御処理において、制御装置は、筒内噴射弁からの燃料噴射量を減少させる。冷媒としての燃料の噴射量が減るため、噴孔部の温度が上昇する。温度を上昇させるために、ヒータを別途設ける必要はない。このことは、コスト及び内燃機関のサイズの削減の観点から好ましい。

第４の発明によれば、熱可塑性デポジットを除去する第１除去処理において、通常燃料噴射制御が行われる。通常燃料噴射制御を逸脱して、燃料噴射圧を強制的に上げる必要はない。

第５の発明によれば、加熱により、熱可塑性デポジットを軟化させることができる。この場合でも、熱可塑性デポジットを容易に除去することが可能である。

第６の発明によれば、温度制御処理において、通常燃料噴射制御を逸脱する必要がない。この場合、複雑な制御が不要となる。

第７の発明によれば、推定処理において、熱可塑性デポジットの生成温度が低いという特性が考慮される。具体的には、制御装置は、低温状態を検出し、低温状態が一定レベル以上発生した場合、熱可塑性デポジットが形成されたと推定する。生成温度に着目した手法により、熱可塑性デポジットの形成を精度良く推定することができる。

第８の発明によれば、フィードバック制御における燃料噴射量の補正量をモニタすることにより、推定処理が行われる。このような推定処理はシンプルである。

第９の発明によれば、熱硬化性デポジットを除去することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る内燃機関の構成例を示す概略図である。 デポジット特性と生成温度との関係を示す概念図である。 本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の機能構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態に係る制御装置による処理を示すフローチャートである。 第１の実施の形態におけるデポジット推定処理の一例を示すフローチャートである。 フィードバック補正量とデポジット状態との関係を示すタイミングチャートである。 第１の実施の形態におけるデポジット除去処理の一例を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態におけるデポジット除去処理の一例を示すタイミングチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係る内燃機関の構成例を示す概略図である。 第３の実施の形態に係る制御装置の機能構成を示すブロック図である。 第３の実施の形態におけるデポジット除去処理の一例を示すタイミングチャートである。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

１．内燃機関の構成
図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関１の構成例を示す概略図である。内燃機関１は、エンジン本体１０と制御装置１００を備えている。エンジン本体１０は、燃焼室２０、吸気ポート３０、排気ポート４０、ポート噴射弁５０、筒内噴射弁６０、点火プラグ７０、及びセンサ群８０を備えている。

より詳細には、エンジン本体１０は、シリンダブロック２１とシリンダブロック２１上に設置されたシリンダヘッド２２を備えている。シリンダブロック２１は、燃焼室２０の側壁を形成するシリンダ２３を備えている。シリンダ２３の内部には、シリンダ２３の軸方向に往復運動するピストン２４が配置されている。燃焼室２０は、シリンダヘッド２２、シリンダ２３、及びピストン２４によって囲まれた空間である。

吸気ポート３０及び排気ポート４０は、シリンダヘッド２２内に形成されており、且つ、燃焼室２０につながっている。吸気ポート３０の燃焼室２０に対する開口部には吸気バルブ３１が設けられている。排気ポート４０の燃焼室２０に対する開口部には排気バルブ４１が設けられている。吸気バルブ３１と排気バルブ４１は、図示しない可変動弁機構によって駆動される。

ポート噴射弁（port fuel injector）５０は、吸気ポート３０の内部に燃料を噴射するための燃料噴射弁であり、吸気ポート３０に取り付けられている。一方、筒内噴射弁（direct fuel injector）６０は、燃焼室２０の内部に燃料を直接噴射するための燃料噴射弁である。図１に示される例では、筒内噴射弁６０は、点火プラグ７０に近接するように、燃焼室２０の天井部に取り付けられている。

センサ群８０は、内燃機関１の運転状態を検出するために設けられている。例えば、センサ群８０は、回転速度センサ８１、エアフローメータ８２、及び排気Ｏ_２センサ８３を含んでいる。回転速度センサ８１は、エンジン回転速度を検出する。エアフローメータ８２は、吸入空気量（新気流量）を検出する。排気Ｏ_２センサ８３は、排気中の酸素濃度を検出する。

制御装置１００は、内燃機関１の運転を制御する。典型的には、制御装置１００は、プロセッサ、メモリ、及び入出力インタフェースを備えるマイクロコンピュータである。制御装置１００は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ばれる。制御装置１００は、入出力インタフェースを通して、センサ群８０から検出情報を受け取り、また、各種アクチュエータに制御信号を出力する。アクチュエータとしては、ポート噴射弁５０、筒内噴射弁６０、点火プラグ７０を含む点火装置の他、図示しないスロットルバルブや可変動弁機構などが挙げられる。

本実施の形態では、特に、制御装置１００によるポート噴射弁５０及び筒内噴射弁６０の制御に着目する。制御装置１００は、センサ群８０から受け取る検出情報に基づいて内燃機関１の運転状態を把握し、その運転状態に基づいて「燃料噴射制御」を行う。具体的には、制御装置１００は、運転状態に基づいて、総燃料噴射量、ポート噴射弁５０及び筒内噴射弁６０のそれぞれからの燃料噴射量、燃圧（燃料噴射圧）、噴射タイミング等の制御パラメータを算出する。そして、制御装置１００は、算出した制御パラメータに従って、ポート噴射弁５０及び筒内噴射弁６０のそれぞれからの燃料噴射を制御する。

また、本実施の形態に係る制御装置１００は、筒内噴射弁６０に付着するデポジットを除去する「デポジット除去処理」も行う。図１に示されるように、筒内噴射弁６０の先端の噴孔部６１は、燃焼室２０内に露出している。ここで、噴孔部６１とは、燃料を噴射する噴孔とその周辺部を含む。噴孔部６１は燃焼室２０内の燃焼ガスに曝されるため、噴孔部６１に残留した燃料に由来するデポジットが、噴孔部６１に堆積していく。デポジットは、噴孔を通る燃料の流量低下や噴霧形状の変化を招き、それらはエミッション特性を悪化させる。よって、噴孔部６１に形成されるデポジットを除去することが重要である。

２．熱可塑性デポジット
本願発明者は、デポジットの種類には、熱硬化性デポジットだけでなく熱可塑性デポジットもあることに着目した。熱可塑性デポジットは、温度が高くなるにつれて軟らかくなり、最終的には融解する。また、熱可塑性デポジットは、冷やすと再び硬くなる。一方、熱硬化性デポジットは、温度が高くなっても、さほど軟らかくはならず、ある程度の硬さを維持する。

このようなデポジットの特性は、そのデポジットの生成温度に依って決まる。図２は、デポジット特性と生成温度との関係を示している。生成温度が比較的低い１１０〜１３５℃程度の場合、生成されるデポジットは熱可塑性デポジットとなる。生成温度が１４０℃程度よりも高くなると、生成されるデポジットは熱硬化性を示すようになる。

本願発明者は、デポジットの中でも、比較的低い温度で生成される「熱可塑性デポジット」に特に着目した。例えば、車両が渋滞にはまりこんでいる時、内燃機関１は、軽負荷で長時間運転されることになる。このような軽負荷運転時、筒内噴射弁６０の噴孔部６１の温度は比較的低い。従って、噴孔部６１には熱可塑性デポジットが形成される可能性が高い。

噴孔部６１に形成されたデポジットを除去するために、一般的には燃料噴射の力が利用される。例えば、筒内噴射弁６０の燃圧を高めることによって、デポジットを吹き飛ばすことが一般的である。しかしながら、熱可塑性デポジットが形成されやすい軽負荷運転時、燃料噴射量は少なく、ｑｍｉｎ及び機械の制約上、燃圧を高めることは難しい。燃圧を高めるには、燃料噴射量を増やす必要があるが、そのためにはエンジン負荷を強制的に増加させることが必要となる。しかしながら、エンジン負荷の強制的な増加は、燃費及びエミッション特性の悪化の原因となる。その他、ポート噴射弁５０からの燃料噴射量を減らすことによって、筒内噴射弁６０からの燃料噴射量を増やすことも考えられる。しかしながら、ポート噴射弁５０からの燃料噴射量が減ると、燃焼の均質性が悪化し、結局は燃費及びエミッション特性が悪化する。

このように、軽負荷運転時は、熱可塑性デポジットが形成されやすく、その一方で、熱可塑性デポジットを除去するために燃圧を増加させることは難しい、あるいは、好ましくない。

そこで、本発明は、熱可塑性デポジットの除去に適した新たな手法を提案する。その新たな手法は、熱可塑性デポジットに固有の特性を利用する。具体的には、本発明に係る新たな手法は、熱可塑性デポジットの温度を適度に高めることによって、熱可塑性デポジットを軟化あるいは融解させる。これにより、熱可塑性デポジットの付着力は小さくなる。その結果、軽負荷運転時の低い燃圧でも、熱可塑性デポジットを十分に吹き飛ばすことが可能となる。本願発明者は、この新たな手法の有効性を実験により確認済みである。

以下、本発明に係る新たな手法を実現するための具体的な構成及び処理を説明する。

３．第１の実施の形態
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る制御装置１００の機能構成を示すブロック図である。制御装置１００は、機能ブロックとして、燃料噴射制御部１１０、推定部１２０、温度制御部１３０、第１除去部１４０、及び第２除去部１５０を備えている。これら機能ブロックは、制御装置１００のプロセッサがメモリに格納された制御プログラムを実行することにより実現される。制御プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納されていてもよい。

図４は、第１の実施の形態に係る制御装置１００による処理を示すフローチャートである。図４に示される処理フローは繰り返し実行される。以下、各処理を詳細に説明する。

３−１．ステップＳ１１０（燃料噴射制御）
燃料噴射制御部１１０は、ポート噴射弁５０と筒内噴射弁６０のそれぞれからの燃料噴射を制御する。より詳細には、燃料噴射制御部１１０は、センサ群８０から受け取る検出情報に基づいて、内燃機関１の運転状態を把握する。そして、燃料噴射制御部１１０は、内燃機関１の運転状態に基づいて、燃料噴射制御のための制御パラメータを算出する。制御パラメータは、総燃料噴射量、ポート噴射弁５０及び筒内噴射弁６０のそれぞれからの燃料噴射量、燃圧、噴射タイミング等である。

総燃料噴射量の算出方法は、例えば、次の通りである。上述の通り、回転速度センサ８１はエンジン回転速度を検出し、エアフローメータ８２は吸入空気量を検出し、排気Ｏ_２センサ８３は排気酸素濃度を検出する。燃料噴射制御部１１０は、エンジン回転速度や吸入空気量などの運転状態に基づいて、目標空燃比を実現するための基本燃料噴射量を算出する。また、燃料噴射制御部１１０は、排気酸素濃度に基づいて実空燃比を検出する。そして、燃料噴射制御部１１０は、目標空燃比と実空燃比との偏差に基づいて基本燃料噴射量を補正し、総燃料噴射量を算出する。つまり、燃料噴射制御部１１０は、目標空燃比と実空燃比との偏差に基づいて、総燃料噴射量（空燃比）のフィードバック制御を行う。

ポート噴射弁５０及び筒内噴射弁６０のそれぞれからの燃料噴射量を算出することは、総燃料噴射量の分配比率（割り当て比率）を算出することと等価である。この分配比率は、例えば、予め作成された比率マップを参照することにより算出される。その比率マップに対する入力パラメータは、エンジン回転速度、エンジン負荷（吸入空気量）などである。燃料噴射制御部１１０は、入力パラメータと比率マップに基づいて、分配比率を算出する。

燃圧は、予め作成された燃圧マップを参照することにより算出される。その燃圧マップに対する入力パラメータは、エンジン回転速度、エンジン負荷などである。燃料噴射制御部１１０は、入力パラメータと燃圧マップに基づいて、燃圧を算出する。一般的に、エンジン負荷が大きいほど、燃圧マップから得られる燃圧は高くなる。逆に、エンジン負荷が小さいほど、燃圧マップから得られる燃圧は低くなる。熱可塑性デポジットが生成されやすい軽負荷運転時、燃圧マップから得られる燃圧は低い。

内燃機関１の通常運転時、燃料噴射制御部１１０は、ポート噴射弁５０と筒内噴射弁６０に対して、以上に説明されたような燃料噴射制御を行う。この通常運転時の燃料噴射制御は、以下の説明において「通常燃料噴射制御」と呼ばれる。本実施の形態によれば、通常燃料噴射制御の最中の特殊処理として、以下に説明されるような「デポジット除去処理」が実施される。デポジット除去処理では、必要に応じて、通常燃料噴射制御によって算出される制御パラメータが補正される。

３−２．ステップＳ１２０（デポジット推定処理）
デポジット除去処理において、まず、推定部１２０がデポジット推定処理を行う。より詳細には、推定部１２０は、内燃機関１の運転状態に基づいて、筒内噴射弁６０の噴孔部６１に熱可塑性デポジットが形成されたことを推定する。熱可塑性デポジットが形成されていないと判定された場合（ステップＳ１２０；Ｎｏ）、デポジット除去処理は終了する。一方、熱可塑性デポジットが形成されたと推定された場合（ステップＳ１２０；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１３０に進む。

図２で示されたように、熱可塑性デポジットの生成温度は低い。従って、熱可塑性デポジットの形成を推定する一つの方法として、筒内噴射弁６０の噴孔部６１の温度が閾値Ｘ以下である「低温状態」を検出することが考えられる。ここで、閾値Ｘは、熱可塑性デポジットの生成温度の上限を元に設定される。つまり、熱可塑性デポジットの生成温度の上限が閾値Ｘに反映される。例えば、閾値Ｘは、１３０℃に設定される（図２参照）。そして、低温状態が一定レベル以上発生した場合、推定部１２０は、噴孔部６１に熱可塑性デポジットが形成されたと推定する。

図５は、このような考え方に基づくデポジット推定処理の一例を示すフローチャートである。本例では、熱可塑性デポジットの形成度合いを示すパラメータとして、カウンタＺが用いられる。カウンタＺの初期値は０である。

ステップＳ１２１：
推定部１２０は、筒内噴射弁６０の先端温度ＴＤと燃圧ＰＤを取得する（ステップＳ１２１）。先端温度ＴＤは、噴孔部６１の温度であり、予め作成された温度マップを参照することにより算出（推定）される。その温度マップに対する入力パラメータは、エンジン負荷、上記の分配比率（ポート噴射弁５０及び筒内噴射弁６０のそれぞれからの燃料噴射量の比率）などである。推定部１２０は、入力パラメータと温度マップに基づいて、先端温度ＴＤを算出する。また、推定部１２０は、通常燃料噴射制御によって決定される燃圧ＰＤを取得する。

ステップＳ１２２、Ｓ１２３：
推定部１２０は、熱可塑性デポジットが形成されやすい形成条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１２２）。形成条件は、次の第１条件と第２条件が共に満たされていることである。
［第１条件］先端温度ＴＤが閾値Ｘ以下であること（ＴＤ≦Ｘ）
［第２条件］燃圧ＰＤが閾値Ｙ以下であること（ＰＤ≦Ｙ）

第１条件は、熱可塑性デポジットが形成されやすい低温状態を検出するための条件である。上述の通り、閾値Ｘは、熱可塑性デポジットが形成される温度の上限を元に設定される。例えば、閾値Ｘは、１３０℃に設定される。

第２条件は、熱可塑性デポジットが剥離しにくい低燃圧状態を検出するための条件である。閾値Ｙは、デポジットを剥離できない燃圧の上限を元に設定される。例えば、閾値Ｙは、１０Ｍｐａに設定される。尚、先端温度ＴＤが低くなる軽負荷運転時、燃圧マップから得られる燃圧も低い。そのため、第１条件が満たされる場合、第２条件も満たされる可能性が高い。この観点から、形成条件として上記の第１条件（低温状態の検出）だけが用いられてもよい。

形成条件が成立する場合（ステップＳ１２２；Ｙｅｓ）、推定部１２０は、カウンタＺをインクリメントする（ステップＳ１２３）。その後、処理は、ステップＳ１２６に進む。一方、形成条件が成立しない場合（ステップＳ１２２；Ｎｏ）、処理はステップＳ１２４に進む。

ステップＳ１２４、Ｓ１２５：
推定部１２０は、熱可塑性デポジットが剥離しやすい剥離条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１２４）。剥離条件は、次の第３条件あるいは第４条件のいずれか一方が満たされていることである。
［第３条件］先端温度ＴＤが閾値ＸＸを超えていること（ＴＤ＞ＸＸ）
［第４条件］燃圧ＰＤが閾値ＹＹを超えていること（ＰＤ＞ＹＹ）

第３条件は、熱可塑性デポジットが十分に軟化するような軟化状態を検出するための条件である。閾値ＸＸは、熱可塑性デポジットが十分に軟化する温度を元に設定される。例えば、閾値ＸＸは、１３０℃に設定される。先端温度ＴＤ（噴孔部６１の温度）がそのような閾値ＸＸを超えると、熱可塑性デポジットは軟化し、燃料噴射によって剥離しやすくなる。

第４条件は、熱可塑性デポジットが剥離しやすい高燃圧状態を検出するための条件である。閾値ＹＹは、デポジットを剥離可能な燃圧の下限を元に設定される。例えば、閾値Ｙは、１０Ｍｐａに設定される。

剥離条件が成立する場合（ステップＳ１２４；Ｙｅｓ）、推定部１２０は、カウンタＺをデクリメントする（ステップＳ１２５）。その後、処理は、ステップＳ１２６に進む。一方、剥離条件が成立しない場合（ステップＳ１２４；Ｎｏ）、処理は、ステップＳ１２５を経ずにステップＳ１２６に進む。

ステップＳ１２６、Ｓ１２７：
推定部１２０は、カウンタＺを閾値Ｚｔｈと比較する（ステップＳ１２６）。閾値Ｚｔｈは、熱可塑性デポジットの形成度合いの許容範囲の上限である。カウンタＺが閾値Ｚｔｈを超えた場合（ステップＳ１２６；Ｙｅｓ）、推定部１２０は、無視できない量の熱可塑性デポジットが形成されたと推定する（ステップＳ１２７）。すなわち、ステップＳ１２０の判定結果は“Ｙｅｓ”となり、処理は次のステップＳ１３０に進む。一方、カウンタＺが閾値Ｚｔｈ以下の場合（ステップＳ１２６；Ｎｏ）、ステップＳ１２０の判定結果は“Ｎｏ”となる。

３−３．ステップＳ１３０（温度制御処理）
温度制御部１３０は、筒内噴射弁６０の噴孔部６１の温度を上昇させる温度制御処理を行う。噴孔部６１の温度が上昇することにより、噴孔部６１に形成された熱可塑性デポジットの温度も上昇する。それにより、熱可塑性デポジットが軟らかくなることが期待される。

本実施の形態では、温度制御部１３０は、筒内噴射弁６０からの燃料噴射量を減らすことにより、噴孔部６１の温度を上昇させる。筒内噴射弁６０の噴孔を通過する燃料は、噴孔部６１を冷却する冷媒としても機能する。よって、筒内噴射弁６０からの燃料噴射量が減少すると、噴孔部６１の温度が上昇するのである。

より詳細には、温度制御部１３０は、燃料噴射制御部１１０に対し、総燃料噴射量の分配比率を変更するように指示する。燃料噴射制御部１１０は、温度制御部１３０からの指示に従い、通常燃料噴射制御から逸脱して、分配比率を変更する。具体的には、燃料噴射制御部１１０は、筒内噴射弁６０からの燃料噴射量を、通常燃料噴射制御に従った値よりも減らす。一方、燃料噴射制御部１１０は、ポート噴射弁５０からの燃料噴射量を、通常燃料噴射制御に従った値よりも増やす。総燃料噴射量は変わらない。

このように、本実施の形態に係る温度制御部１３０は、筒内噴射弁６０からの燃料噴射量を減少させ、ポート噴射弁５０からの燃料噴射量を増加させる温度制御処理を行う。それにより、噴孔部６１の温度が上昇し、噴孔部６１に形成された熱可塑性デポジットの温度も上昇する。温度を上昇させるために、ヒータを別途設ける必要はない。このことは、コスト及び内燃機関１のサイズの削減の観点から好ましい。

温度制御部１３０は、筒内噴射弁６０からの燃料噴射量をゼロにしてもよい。この場合、温度制御処理の最中、直接噴射（DI: Direct Injection）は完全に停止し、ポート噴射（PFI: Port Fuel Injection）だけが行われることになる。筒内噴射弁６０からの燃料噴射量がゼロの場合、噴孔部６１の温度が早く効果的に上昇する。

尚、本実施の形態の温度制御処理において、噴孔部６１の温度をいたずらに上昇させる必要はない。熱可塑性デポジットが軟化する程度の温度で十分である。例えば、１３０℃程度の温度で、熱可塑性デポジットは十分に軟化する。よって、例えば１３０℃の目標温度が得られるように、温度制御処理が実施される。この目標温度は、特許文献１（特開２０１２−６２８５８号公報）に開示されているような熱硬化性デポジットを炭化させる温度（１６０〜２４０℃）よりも明らかに低い。

温度制御部１３０は、温度制御処理を、例えば一定時間実施する。この一定時間は、目標温度（例えば１３０℃）が得られる程度の長さに設定される。あるいは、温度制御部１３０は、上述の温度マップから算出される先端温度ＴＤをモニタし、先端温度ＴＤが目標温度となるように温度制御処理を行ってもよい。

３−４．ステップＳ１４０（第１除去処理）
上記の温度制御処理によって、噴孔部６１の熱可塑性デポジットは軟化し、その付着力は小さくなっていることが期待される。従って、筒内噴射弁６０から燃料を噴射することにより、軟らかくなった熱可塑性デポジットを容易に吹き飛ばすことができると考えられる。

そこで、温度上昇後、第１除去部１４０は、筒内噴射弁６０から燃料を噴射する第１除去処理を行う。具体的には、第１除去部１４０は、温度制御処理において減っていた筒内噴射弁６０からの燃料噴射量を増加させるよう、燃料噴射制御部１１０に指示する。典型的には、第１除去部１４０は、通常燃料噴射制御を実施するよう燃料噴射制御部１１０に指示する。燃料噴射制御部１１０は、第１除去部１４０からの指示に従い、筒内噴射弁６０から燃料を噴射する。このとき、熱可塑性デポジットは軟らかくなっているので、燃圧をいたずらに上げる必要はない。軽負荷運転時の低燃圧（例えば４ＭＰａ）でも、熱可塑性デポジットを十分に吹き飛ばすことが可能である。

噴孔部６１に形成されたデポジットが除去されたか否かは、上述の総燃料噴射量（空燃比）のフィードバック制御をモニタすることにより判定可能である。筒内噴射弁６０の噴孔部６１にデポジットが堆積すると、意図した量の燃料が筒内噴射弁６０から噴射されなくなる。つまり、燃料噴射制御部１１０が算出した燃料噴射量と実際の燃料噴射量との間に乖離が発生する。この乖離は、フィードバック制御における目標空燃比と実空燃比との偏差、すなわち、燃料噴射量の補正量を増大させる方向に働く。デポジットが増加するにつれ、フィードバック制御における補正量（以下、「フィードバック補正量」と呼ばれる）は大きくなる。

図６は、フィードバック補正量とデポジット状態との関係を示すタイミングチャートである。縦軸は、フィードバック補正量を表している。噴孔部６１に形成されたデポジットの量が増えるにつれ、フィードバック補正量も増加していく。噴孔部６１のデポジットが剥離すると、フィードバック補正量は減少する。従って、フィードバック補正量をモニタすることによって、噴孔部６１に形成されたデポジットが除去されたか否かを判定することができる。

より詳細には、第１除去部１４０は、筒内噴射弁６０から燃料を噴射した後、フィードバック補正量を許容値Ｄｔｈと比較する。許容値Ｄｔｈは、許容できるデポジット量（燃料流量低下量）の上限を元に決められる。筒内噴射弁６０からの燃料噴射後、一定時間以内にフィードバック補正量が許容値Ｄｔｈ以下になっていれば、第１除去部１４０は、熱可塑性デポジットが除去されたと判定する（ステップＳ１４０；Ｎｏ）。図６に示される例では、時刻ｔｂに、第１除去部１４０は、熱可塑性デポジットが除去されたと判定する。この場合、デポジット除去処理は終了する。

一方、筒内噴射弁６０からの燃料噴射後、一定時間経過しても、フィードバック補正量が許容値Ｄｔｈを上回っている場合、第１除去部１４０は、噴孔部６１に何らかのデポジットが残留していると判定する（ステップＳ１４０；Ｙｅｓ）。この場合、噴孔部６１に形成されているデポジットは、熱可塑性デポジットではなく、高温状態で形成された熱硬化性デポジットである可能性が高い。この場合、処理は、更に次のステップＳ１５０に進む。

３−５．ステップＳ１５０（第２除去処理）
第２除去部１５０は、熱硬化性デポジットを除去するための第２除去処理を行う。具体的には、第２除去部１５０は、筒内噴射弁６０の燃圧を一定時間上げるよう燃料噴射制御部１１０に指示する。燃料噴射制御部１１０は、第２除去部１５０からの指示に従い、筒内噴射弁６０の燃圧を第１除去処理のときよりも増加させる。例えば、燃料噴射制御部１１０は、燃圧を１０Ｍｐａ以上に増加させる。

燃圧増加後、第２除去部１５０は、第１除去処理の場合と同様に、フィードバック補正量を許容値Ｄｔｈと比較する。燃圧増加後、一定時間以内にフィードバック補正量が許容値Ｄｔｈ以下になっていれば、第２除去部１５０は、噴孔部６１に形成されたデポジットが除去されたと判定する（ステップＳ１５０；Ｙｅｓ）。この場合、デポジット除去処理は終了する。

一方、燃圧増加後、一定時間経過しても、フィードバック補正量が許容値Ｄｔｈを上回っている場合、第２除去部１５０は、噴孔部６１にデポジットが残留していると判定する（ステップＳ１５０；Ｎｏ）。この場合、第２除去部１５０は、ステップＳ１５０を繰り返す。ステップＳ１５０が所定回数繰り返された場合、第２除去部１５０は、デポジット以外の事象が発生していると判断し、デポジット除去処理を中止してもよい。

３−６．熱可塑性デポジット除去の一例
図７は、本実施の形態におけるデポジット除去処理の一例を示すタイミングチャートである。内燃機関１は軽負荷運転を行っており、カウンタＺは時間と共に上昇している。

時刻ｔ１において、カウンタＺが閾値Ｚｔｈを超える（ステップＳ１２６；Ｙｅｓ）。制御装置１００は、噴孔部６１に熱可塑性デポジットが形成されたと推定し（ステップＳ１２０；Ｙｅｓ）、温度制御処理を開始する（ステップＳ１３０）。具体的には、制御装置１００は、筒内噴射弁６０からの燃料噴射を停止する。その結果、噴孔部６１の温度（先端温度ＴＤ）が上昇し始める。

時刻ｔ２において、制御装置１００は、温度制御処理を終了し、第１除去処理を行う（ステップＳ１４０）。具体的には、制御装置１００は、筒内噴射弁６０からの燃料噴射を再開する。

時刻ｔ３において、フィードバック補正量が許容値Ｄｔｈ以下となる（ステップＳ１４０；Ｎｏ）。制御装置１００は、熱可塑性デポジットが除去されたと判定し、デポジット除去処理を終了する。このとき、制御装置１００は、カウンタＺを初期化する。

３−７．効果
本実施の形態によれば、熱可塑性デポジットの特性を考慮した効果的なデポジット除去が実現される。

まず、内燃機関１の運転中に、制御装置１００は、筒内噴射弁６０の噴孔部６１に熱可塑性デポジットが形成されたことを推定する。この推定処理では、熱可塑性デポジットの生成温度が低いという特性が考慮される。具体的には、制御装置１００は、低温状態を検出し、低温状態が一定レベル以上発生した場合、熱可塑性デポジットが形成されたと推定する。生成温度に着目した手法により、熱可塑性デポジットの形成を精度良く推定することができる。

また、熱可塑性デポジットは、温度上昇によって軟化、融解するという特性を有する。この特性を考慮し、制御装置１００は、熱可塑性デポジットを除去しやすくするために、筒内噴射弁６０の噴孔部６１の温度を上昇させる温度制御処理を行う。具体的には、制御装置１００は、筒内噴射弁６０からの燃料噴射量を減少させる。冷媒としての燃料の噴射量が減るため、噴孔部６１の温度が上昇する。温度を上昇させるために、ヒータを別途設ける必要はない。このことは、コスト及び内燃機関１のサイズの削減の観点から好ましい。

尚、本実施の形態の温度制御処理において、噴孔部６１の温度をいたずらに上昇させる必要はない。熱可塑性デポジットが軟化する程度の温度で十分である。例えば、１３０℃程度の温度で、熱可塑性デポジットは十分に軟化する。この温度は、特許文献１（特開２０１２−６２８５８号公報）に開示されているような熱硬化性デポジットを炭化させる温度（１６０〜２４０℃）よりも明らかに低い。

温度制御処理によって、熱可塑性デポジットは軟化し、その付着力は小さくなっている。従って、筒内噴射弁６０から燃料を噴射することにより、軟らかくなった熱可塑性デポジットを容易に吹き飛ばすことができる。このとき、燃圧をいたずらに上げる必要はない。例えば、通常燃料噴射制御を逸脱して燃圧を強制的に上げる必要はない。軽負荷運転時の低燃圧（例えば４ＭＰａ）でも、熱可塑性デポジットを十分に吹き飛ばすことが可能である。

比較例として、熱可塑性デポジットを除去するために燃圧を上げることを考える。熱可塑性デポジットは、軽負荷運転時に形成されやすい。しかしながら、そのような軽負荷運転時、燃料噴射量は少なく、ｑｍｉｎ及び機械の制約上、燃圧を高めることは難しい。燃圧を高めるには、燃料噴射量を増やす必要があるが、そのためにはエンジン負荷を強制的に増加させることが必要となる。しかしながら、エンジン負荷の強制的な増加は、燃費及びエミッション特性の悪化の原因となる。その他、ポート噴射弁５０からの燃料噴射量を減らすことによって、筒内噴射弁６０からの燃料噴射量を増やすことも考えられる。しかしながら、ポート噴射弁５０からの燃料噴射量が減ると、燃焼の均質性が悪化し、結局は燃費及びエミッション特性が悪化する。

本実施の形態によれば、低燃圧でも、熱可塑性デポジットを除去することが可能である。従って、上記比較例の場合のような問題は発生しない。

４．第２の実施の形態
本発明の第２の実施の形態は、デポジット推定処理（ステップＳ１２０）が第１の実施の形態の場合と異なる。その他は、第１の実施の形態の場合と同じである。重複する説明は適宜省略する。

第２の実施の形態のデポジット推定処理において、制御装置１００（推定部１２０）は、カウンタＺの代わりに、図６で示されたようなフィードバック補正量をモニタする。フィードバック補正量が許容値Ｄｔｈを超えた場合（図６に示される例では時刻ｔａ）、制御装置１００は、噴孔部６１に熱可塑性デポジットが形成されたと推定する。

尚、熱可塑性デポジットだけでなく、熱硬化性デポジットも、フィードバック補正量の増加に寄与する。その意味では、第２の実施の形態における推定精度は、第１の実施の形態における推定精度よりも低いと言える。しかし、推定精度が低くても、続くステップＳ１３０〜Ｓ１５０は第１の実施の形態と同じように行えばよい。形成されたデポジットが熱可塑性デポジットであれば、第１除去処理によって除去される。形成されたデポジットが熱硬化性デポジットでれば、第２除去処理によって除去される。

図８は、本実施の形態におけるデポジット除去処理の一例を示すタイミングチャートである。内燃機関１は軽負荷運転を行っており、フィードバック補正量は時間と共に上昇している。

時刻ｔ１において、フィードバック補正量が許容値Ｄｔｈを超える。制御装置１００は、噴孔部６１に熱可塑性デポジットが形成されたと推定し（ステップＳ１２０；Ｙｅｓ）、温度制御処理を開始する（ステップＳ１３０）。具体的には、制御装置１００は、筒内噴射弁６０からの燃料噴射を停止させる。その結果、噴孔部６１の温度（先端温度ＴＤ）が上昇し始める。

時刻ｔ２において、制御装置１００は、温度制御処理を終了し、第１除去処理を行う（ステップＳ１４０）。具体的には、制御装置１００は、筒内噴射弁６０からの燃料噴射を再開する。

時刻ｔ３において、フィードバック補正量が許容値Ｄｔｈ以下となる（ステップＳ１４０；Ｎｏ）。制御装置１００は、熱可塑性デポジットが除去されたと判定し、デポジット除去処理を終了する。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。また、フィードバック補正量に基づくデポジット推定処理は、カウンタＺに基づくデポジット推定処理よりもシンプルである。

５．第３の実施の形態
図９は、本発明の第３の実施の形態に係る内燃機関１の構成例を示す概略図である。図１で示された構成と比較して、ヒータ９０が更に追加されている。ヒータ９０は、筒内噴射弁６０の噴孔部６１を加熱できるように配置されている。本実施の形態では、温度制御処理において、このヒータ９０が使用される。

図１０は、本実施の形態に係る制御装置１００の機能構成を示すブロック図である。本実施の形態では、温度制御部１３０による温度制御処理と第１除去部１４０による第１除去処理が、既出の実施の形態の場合と異なる。推定部１２０によるデポジット推定処理と第２除去部１５０による第２除去処理は、既出の実施の形態の場合と同じである。

ステップＳ１３０：温度制御処理
温度制御部１３０は、筒内噴射弁６０の噴孔部６１の温度を上昇させる温度制御処理を行う。具体的には、温度制御部１３０は、ヒータ９０を作動させる。例えば、温度制御部１３０は、ヒータ９０を一定時間ＯＮする。この一定時間は、目標温度（例えば１３０℃）が得られる程度の長さに設定される。あるいは、温度制御部１３０は、上述の温度マップから算出される先端温度ＴＤをモニタし、先端温度ＴＤが目標温度となるようにヒータ９０の動作を制御してもよい。

本実施の形態によれば、温度制御処理のために、筒内噴射弁６０からの燃料噴射量を減少させる必要はない。従って、温度制御処理の最中、燃料噴射制御部１１０は、通常燃料噴射制御を実施する。筒内噴射弁６０からの燃料噴射量を減少させる必要がないことは、その減少分を補うためのポート噴射弁５０が必ずしも必要ではないことを意味する。よって、本実施の形態は、ポート噴射弁５０を備えず、筒内噴射弁６０だけを備える内燃機関１にも適用可能である。

ステップＳ１４０：第１除去処理
温度制御処理において、筒内噴射弁６０からの燃料噴射量は減少していない。よって、第１除去処理において、筒内噴射弁６０からの燃料噴射量を元に戻す必要はない。燃料噴射制御部１１０は、継続して通常燃料噴射制御を実施する。第１除去部１４０は、噴孔部６１に形成された熱可塑性デポジットが除去されたか否かを判定する。その判定方法は、既出の実施の形態の場合と同じである。

図１１は、本実施の形態におけるデポジット除去処理の一例を示すタイミングチャートである。内燃機関１は軽負荷運転を行っており、カウンタＺは時間と共に上昇している。

時刻ｔ１において、カウンタＺが閾値Ｚｔｈを超える（ステップＳ１２６；Ｙｅｓ）。制御装置１００は、噴孔部６１に熱可塑性デポジットが形成されたと推定し（ステップＳ１２０；Ｙｅｓ）、温度制御処理を開始する（ステップＳ１３０）。具体的には、制御装置１００は、ヒータ９０をＯＮする。その結果、噴孔部６１の温度（先端温度ＴＤ）が上昇し始める。尚、筒内噴射弁６０からの燃料噴射量を変える必要はない。

時刻ｔ２において、制御装置１００は、ヒータ９０をＯＦＦする。時刻ｔ３において、フィードバック補正量が許容値Ｄｔｈ以下となる（ステップＳ１４０；Ｎｏ）。制御装置１００は、熱可塑性デポジットが除去されたと判定し、デポジット除去処理を終了する。このとき、制御装置１００は、カウンタＺを初期化する。

尚、本実施の形態では、温度制御処理において筒内噴射弁６０からの燃料噴射量が減らないため、温度制御処理の最中に熱可塑性デポジットが剥離する可能性がある。温度制御処理の最中にフィードバック補正量が許容値Ｄｔｈ以下となった場合、制御装置１００は、即座にヒータ９０をＯＦＦしてもよい。

本実施の形態によれば、加熱により、熱可塑性デポジットを軟化させることができる。よって、既出の実施の形態の場合と同様に、低燃圧でも、熱可塑性デポジットを除去することが可能である。また、本実施の形態によれば、温度制御処理において、通常燃料噴射制御を逸脱する必要がなく、複雑な制御が不要である。尚、本実施の形態は、ポート噴射弁５０を備えず、筒内噴射弁６０だけを備える内燃機関１にも適用可能である。

１ 内燃機関
１０ エンジン本体
２０ 燃焼室
２１ シリンダブロック
２２ シリンダヘッド
２３ シリンダ
２４ ピストン
３０ 吸気ポート
３１ 吸気バルブ
４０ 排気ポート
４１ 排気バルブ
５０ ポート噴射弁
６０ 筒内噴射弁
６１ 噴孔部
７０ 点火プラグ
８０ センサ群
８１ 回転速度センサ
８２ エアフローメータ
８３ 排気Ｏ_２センサ
９０ ヒータ
１００ 制御装置
１１０ 燃料噴射制御部
１２０ 推定部
１３０ 温度制御部
１４０ 第１除去部
１５０ 第２除去部

Claims (9)

1. 燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射弁と、
   制御装置と
   を備え、
   前記制御装置は、
   内燃機関の運転状態に基づいて、前記筒内噴射弁の噴孔部に熱可塑性デポジットが形成されたことを推定する推定処理と、
   前記熱可塑性デポジットが形成されたと推定された場合に前記噴孔部の温度を上昇させる温度制御処理と、
   前記温度制御処理の後、前記筒内噴射弁から前記燃料を噴射する第１除去処理と
   を行う
   内燃機関。
2. 請求項１に記載の内燃機関であって、
   前記内燃機関の通常運転時、前記制御装置は、通常燃料噴射制御を行うことにより前記筒内噴射弁からの燃料噴射を制御し、
   前記第１除去処理において、前記制御装置は、前記通常燃料噴射制御を行う
   内燃機関。
3. 請求項１に記載の内燃機関であって、
   吸気ポートに前記燃料を噴射するポート噴射弁を更に備え、
   前記温度制御処理において、前記制御装置は、前記筒内噴射弁からの燃料噴射量を減少させ、前記ポート噴射弁からの燃料噴射量を増加させる
   内燃機関。
4. 請求項３に記載の内燃機関であって、
   前記内燃機関の通常運転時、前記制御装置は、通常燃料噴射制御を行うことにより前記筒内噴射弁及び前記ポート噴射弁からの燃料噴射を制御し、
   前記温度制御処理において、前記制御装置は、前記筒内噴射弁からの前記燃料噴射量を、前記通常燃料噴射制御に従った値よりも減らし、
   前記第１除去処理において、前記制御装置は、前記通常燃料噴射制御を行う
   内燃機関。
5. 請求項１に記載の内燃機関であって、
   前記噴孔部を加熱するように配置されたヒータを更に備え、
   前記温度制御処理において、前記制御装置は、前記ヒータを作動させる
   内燃機関。
6. 請求項５に記載の内燃機関であって、
   前記内燃機関の通常運転時、前記制御装置は、通常燃料噴射制御を行うことにより前記筒内噴射弁からの燃料噴射を制御し、
   前記温度制御処理及び前記第１除去処理において、前記制御装置は、前記通常燃料噴射制御を行う
   内燃機関。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関であって、
   前記推定処理は、
   前記噴孔部の温度が前記熱可塑性デポジットの生成温度の上限を反映した閾値以下である低温状態を検出する処理と、
   前記低温状態が一定レベル以上発生した場合、前記噴孔部に前記熱可塑性デポジットが形成されたと推定する処理と
   を含む
   内燃機関。
8. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関であって、
   前記内燃機関の通常運転時、前記制御装置は、通常燃料噴射制御を行うことにより前記筒内噴射弁からの燃料噴射を制御し、
   前記通常燃料噴射制御は、目標空燃比と実空燃比との偏差に基づいて燃料噴射量を補正するフィードバック制御を含み、
   前記推定処理は、前記フィードバック制御における前記燃料噴射量の補正量が許容値を超えた場合、前記噴孔部に前記熱可塑性デポジットが形成されたと推定する処理を含む
   内燃機関。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の内燃機関であって、
   前記制御装置は、更に、前記第１除去処理によって前記熱可塑性デポジットが除去されなかったと判定された場合に第２除去処理を行い、
   前記第２除去処理において、前記制御装置は、前記筒内噴射弁の燃料噴射圧を、第１除去処理のときよりも増加させる
   内燃機関。

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